超ウラン元素

超ウラン元素は、原子番号がウランの原子番号である 92 より大きい化学元素です。これらはすべて放射性に不安定で、他の元素に崩壊します。自然界に微量に存在するネプツニウムとプルトニウムを除き、地球上に自然に発生するものはなく、合成されたものです。

原子番号 1 から 92 までの元素のうち、ほとんどの元素は自然界に存在し、安定同位体(酸素など) または非常に長寿命の放射性同位体(ウランなど) として存在したり、ウランとトリウムの崩壊でよく見られる崩壊生成物 (ラドンなど) として存在したりします。例外はテクネチウム、プロメチウム、アスタチン、フランシウムです。これら 4 つはいずれも自然界に存在しますが、ウランとトリウムの崩壊系列の非常に小さな分岐でのみ存在し、そのためフランシウム以外は自然界ではなく研究室での合成によって初めて発見されました。

より大きな原子番号を持つ元素はすべて最初に研究室で発見され、ネプツニウムとプルトニウムは後に自然界で発見されました。これらはすべて放射性で、半減期は地球の年齢よりもはるかに短いため、これらの元素の原始的（つまり地球の形成時に存在した）原子はずっと前に崩壊しています。ネプツニウムとプルトニウムは、ウランを多く含む岩石の中に痕跡量生成され、大気圏内での核兵器実験中に少量生成されます。これら2つの元素は、ウラン鉱石での中性子捕獲とそれに続くベータ崩壊によって生成されます（例：²³⁸ U + n → ²³⁹ U → ²³⁹ Np → ²³⁹ Pu）。

プルトニウムを超える元素はすべて完全に合成されており、原子炉または粒子加速器で生成される。これらの元素の半減期は、原子番号が増加するにつれて減少する一般的な傾向を示している。ただし、キュリウムとドブニウムのいくつかの同位体など、例外もある。この系列の原子番号110～114付近のより重い元素の一部は、この傾向を破り、核安定性の向上を示し、理論上の安定島を構成すると考えられている。^[1]

超ウラン元素は生産が難しく、高価で、原子番号とともに価格が急激に上昇する。2008年時点で、兵器級プルトニウムの価格は1グラムあたり約4,000ドルで、^[2]カリホルニウムは1グラムあたり60,000,000ドルを超えた。^[3] アインシュタイニウムはマクロ的に生産された最も重い元素である。^[4]

未発見の、または発見されているがまだ正式に命名されていない超ウラン元素には、IUPACの体系的な元素名が使用されています。超ウラン元素の命名は論争の種となる場合があります。

これまでに、基本的にすべての超ウラン元素は、米国のローレンス・バークレー国立研究所(LBNL) (元素番号 93～101、106、および元素番号 103～105 の共同発見)、ロシアの合同原子核研究所(JINR) (元素番号 102、114～118、および元素番号 103～105 の共同発見)、ドイツのGSI ヘルムホルツ重イオン研究センター(元素番号 107～112)、および日本の理化学研究所 (元素番号 113) の 4 つの研究所で発見されています。

• カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所（現在のLBNL）は、1945年から1974年までエドウィン・マクミラン、グレン・シーボーグ、アルバート・ギオルソが主に率いていました。
  • 93.ネプツニウム、Np は、惑星の順序でウランの次に位置し、海王星は天王星の次に位置することから、海王星にちなんで名付けられました(1940)。
  • 94.プルトニウム、Puは冥王星にちなんで命名されました。^[a]太陽系でプルトニウムがネプツニウムの次にあり、冥王星が海王星の次にあるのと同じ命名規則に従います(1940年)。
  • 95.アメリシウム（Am）は、ユーロピウムの類似体であるため、最初に生成された大陸にちなんで命名されました（1944年）。
  • 96.キュリウム、Cm は、最初の放射性元素（1944 年）を分離した科学者、ピエール・キュリーとマリー・キュリーにちなんで名付けられました。その軽い類似体であるガドリニウムは、ヨハン・ガドリンにちなんで名付けられました。
  • 97.バークリウム、Bk、カリフォルニア大学バークレー校があるバークレーにちなんで命名された（1949）。
  • 98.カリフォルニウム、Cf、大学が所在するカリフォルニア州にちなんで命名された（1950年）。
  • 99.アインスタイニウム、Es、アルバート・アインシュタインにちなんで命名（1952年）。
  • 100.フェルミウム、Fm。最初の制御連鎖反応（1952年）を生み出した物理学者エンリコ・フェルミにちなんで名付けられました。
  • 101.メンデレビウム、Md。化学元素周期表（1955年）の主な作成者として知られるロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフにちなんで命名されました。
  • 102.ノーベリウム、No、アルフレッド・ノーベルにちなんで命名(1958)。この元素はもともとスウェーデンのノーベル研究所のチームによって発見されたと主張された (1957)。後にスウェーデンのチームがこの元素を発見していなかったことが明らかになったが、LBNL チームは彼らの名前であるノーベリウムを採用することにした。この発見は JINR によっても主張されたが、LBNL の主張に疑問を抱き、フレデリック・ジョリオ＝キュリーにちなんでジョリオチウム(Jl)と命名した (1965)。IUPAC は JINR が最初にこの元素を説得力のある形で合成したと結論付けたが (1965)、文献に深く根付いているとしてノーベリウムという名前を保持した。
  • 103.ローレンシウム(Lr) は、サイクロトロンの開発で最もよく知られた物理学者アーネスト・ローレンスにちなんで名付けられ、ローレンス・リバモア国立研究所と LBNL (これらの超ウラン元素の生成を主催した)は彼にちなんで名付けられました (1961)。この発見は JINR (1965) によっても主張されましたが、JINR は LBNL の主張に疑問を抱き、アーネスト・ラザフォードにちなんでラザホーディウム(Rf)という名前を提案しました。IUPAC は、功績を共有すべきであると結論付け、文献に定着したローレンシウムという名前を維持しました。
  • 104.ラザホーディウム、Rf、原子核の概念を提唱したアーネスト・ラザフォードにちなんで命名されました (1969)。この発見は、主にゲオルギー・フリョロフが率いる JINR によっても主張され、彼らはイゴール・クルチャトフにちなんでこの元素をクルチャトビウム(Ku)と名付けました。IUPAC は功績を共有すべきであると結論し、LBNL の名前であるラザホーディウムを採用しました。
  • 105.ドブニウム、Db、 JINR があるドゥブナにちなんで名付けられた元素。当初はバークレーのグループ (1970) によってオットー ハーンにちなんでハーニウム(Ha) と命名されました。この発見は JINR によっても主張され、ニールス ボーアにちなんでニールスボーリウム(Ns)と命名されました。IUPAC は功績を共有すべきであると結論付け、JINR チームに敬意を表してこの元素をドブニウムと改名しました。
  • 106.シーボーギウム、Sg、グレン・T・シーボーグにちなんで命名。シーボーグが存命だったためこの名前は論争を巻き起こしたが、最終的には国際的な化学者に受け入れられた（1974年）。この発見はJINRによっても主張された。IUPACはバークレーチームがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けた。
• ドイツ、ヘッセン州ダルムシュタットの Gesellschaft für Schwerionenforschung (重イオン研究協会) は、1980 年から 2000 年にかけて、主にゴットフリート ミュンツェンベルク、ピーター アームブラスター、シグルド ホフマンによって率いられました。
  • 107.ボーリウム、Bh、原子構造の解明に重要な役割を果たしたデンマークの物理学者ニールス・ボーアにちなんで名付けられました(1981)。この発見は JINR によっても主張されました。IUPAC は、GSI がこの元素を初めて説得力のある形で合成したと結論付けました。GSI チームは当初、元素 105 の命名論争を解決するためにニールスボーリウム(Ns) を提案しましたが、元素名に科学者のファーストネームを使用する前例がなかったため、IUPAC によって変更されました。
  • 108.ハッシウム、Hs、この研究が行われたドイツ連邦州ヘッセン州のラテン語名にちなんで命名されました(1984 年)。この発見も JINR によって主張されました。IUPAC は、JINR での先駆的な研究を認めつつ、GSI がこの元素を初めて確実に合成したと結論付けました。
  • 109.マイトネリウム、Mt。核分裂を研究した最初期の科学者の一人であるオーストリアの物理学者リーゼ・マイトナーにちなんで名付けられました(1982)。
  • 110.ダルムシュタチウム、Ds、この研究が行われたドイツの都市ダルムシュタットにちなんで命名された（1994年）。この発見は、アンリ・ベクレルにちなんでベクレリウムという名称を提案したJINRと、元素105をめぐる論争を解決するためにハニウムという名称を提案したLBNL （異なる元素に確立された名称の再利用に抗議したにもかかわらず）によっても主張された。IUPACは、GSIが最初にこの元素を説得力を持って合成したと結論付けた。
  • 111.レントゲン、Rg、X線の発見者ヴィルヘルム・レントゲンにちなんで命名された（1994年）。
  • 112.コペルニシウム、Cn、天文学者ニコラウス・コペルニクスにちなんで命名された（1996年）。
• 埼玉県和光市にある理化学研究所（森田浩介氏が主任研究者）
  • 113.ニホニウム、Nh、この元素が発見された日本（日本語で日本）にちなんで命名されました（2004年）。この発見もJINRによって主張されました。IUPACは、理化学研究所が初めてこの元素を説得力のある形で合成したと結論付けました。
• ロシアのドゥブナにある JINR は、主にユーリ・オガネシアンが率いており、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL) を含む他のいくつかの研究所と 2000 年から協力しています。
  • 114.フレロビウム、Fl、ソ連の物理学者でJINRの創設者であるゲオルギー・フリョロフにちなんで命名された（1999年）。
  • 115.モスコビウム、Mc、この元素が発見されたモスクワ州にちなんで命名された（2004年）。
  • 116.リバモリウム、Lv、この発見（2000年）でJINRと協力したローレンス・リバモア国立研究所にちなんで命名されました。
  • 117.テネシン、Ts、元素の合成に必要なバークリウムターゲットが製造されたテネシー州にちなんで名付けられました（2010年）。
  • 118. oganesson、Og、JINR チームを率いて元素番号 114 から 118 の発見に成功したYuri Oganessianにちなんで名付けられました (2002 年)。

超重元素（スーパーヘビー、または超重原子とも呼ばれ、一般的にはSHEと略される）は、通常、ラザホーディウム（原子番号104）で始まる超アクチノイド元素を指す。（最初の6d元素であるローレンシウムも含まれることがあるが、常に含まれるわけではない。）これらは人工的にのみ作られており、半減期が短いため、数時間から数ミリ秒までの非常に短い時間で崩壊し、研究が非常に難しいため、現在のところ実用的な目的には役立っていない。^{[5] [6]}

超重元素はすべて20世紀後半から生成されており、21世紀も技術の進歩により継続的に生成されています。超重元素は粒子加速器で元素を衝突させることで原子レベルの量で生成され、大量生成の方法は見つかっていません。^[5]

超ウラン元素は超重元素の合成に使用できる。^[7]安定島の元素は、小型核兵器の開発など、潜在的に重要な軍事用途がある。^[8]日常生活での潜在的な用途は広大で、アメリシウムは煙探知器や分光計などの装置に使用されている。^{[9] [10]}

• ボーズ・アインシュタイン凝縮（超原子とも呼ばれる）
• マイナーアクチニド
• 超ウラン元素廃棄物を保管する場所である深地層処分場

• Eric Sc​​erri、『周期表の非常に短い入門』、オックスフォード大学出版局、オックスフォード、2011年。
• 超重元素
• 核問題に関する Alsos デジタル ライブラリからの超ウラン元素の注釈付き書誌。
• 超ウラン元素
• 超重元素ネットワーク公式ウェブサイト（欧州統合インフライニシアチブ EURONS のネットワーク）
• ダルムシュタットウムとその先
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee: 地球上の鉱物に超ウラン元素の痕跡はあるのか? (オンライン、PDF ファイル、493 kB)
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee: 高エネルギーシンクロトロン放射による XRF を使用した地球鉱物中の超重元素 (SHE) の探索。(オンライン、PDF ファイル、446 kB)